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智能指针学习

智能指针学习

作者: lixin_karl | 来源:发表于2019-11-07 17:37 被阅读0次

智能指针

介绍

为了更容易(同时也更安全的管)的使用动态内存,C++11提供了智能指针来管理new出来的内存
shared_ptr允许多个指针指向同一个对象;
unique_ptr则独占所指向的对象;
weak_ptr,一种弱引用,指向shared_ptr所管理的对象,主要是为了解决shared_ptr相互引用导致内存无法删除的情况。

//初始化及成员函数
int main()
{
    //初始化
    shared_ptr<int> ptr(new int(2));
    cout<<ptr.use_count()<<endl;//引用计数
    shared_ptr<int> ptr2 = make_shared<int>(12);
    auto ptr3(ptr);

    cout<<ptr.use_count()<<endl;//引用计数
    int * former = ptr.get(); //得到原始指针
    //cout<<*ptr<<endl;
    ptr.reset(new int(9));//智能指针重新管理一个新的原始指针
    //cout<<*ptr<<endl;
    cout<<ptr.unique()<<endl;//是否唯一
    return 0;
}

shared_ptr的缺陷,以及weak_ptr的补充

class B;
class A{
public:
    ~A(){
        cout<<"~A()"<<endl;
    }
    shared_ptr<B> b_;
};

class B{
public:
    ~B(){
        cout<<"~B()"<<endl;
    }
    shared_ptr<A> a_;
};

int main()
{
    shared_ptr<A> sharedPtrA = make_shared<A>();
    shared_ptr<B> sharedPtrB = make_shared<B>();
    cout<<sharedPtrA.use_count()<<endl;
    sharedPtrA->b_ = sharedPtrB;
    sharedPtrB->a_ = sharedPtrA;
    cout<<sharedPtrA.use_count()<<endl;
    return 0;
}
输出
//1
//2

因为A B的智能指针相互引用导致析构时都在等待对方析构,最后均无法析构。因此,引入了weak_ptr

class B;
class A{
public:
    ~A()
    {
        cout<<"~A()"<<endl;
    }
    weak_ptr<B> b_;
};

class B{
public:
    ~B()
    {
        cout<<"~B()"<<endl;
    }
    weak_ptr<A> a_;
};

int main()
{
    shared_ptr<A> sharedPtrA = make_shared<A>();
    shared_ptr<B> sharedPtrB = make_shared<B>();
    cout<<sharedPtrA.use_count()<<endl;
    sharedPtrA->b_ = sharedPtrB;
    sharedPtrB->a_ = sharedPtrA;
    cout<<sharedPtrA.use_count()<<endl;
    return 0;
}
输出
//1
//1
//~B()
//~A()

智能指针与异常

异常发生后,常规的动态内存常常不能正确释放。但是如果使用智能指针,即程序过早结束,智能指针也能确保在内存不需要时将其释放:

shared_ptr对象的销毁

默认情况下,shared_ptr指向的动态的内存是使用delete来删除的。这和我们手动去调用delete然后调用对象内部的析构函数是一样的。与unique_ptr不同,shared_ptr不直接管理动态数组。如果希望使用shared_ptr管理一个动态数组,必须提供自定义的删除器来替代delete

//自定义析构函数,来删除数组
shared_ptr<T> a = shared_ptr<T>(new T[5],[](T * ptr){
        delete[](ptr);
});

类模版enable_shared_from_this

std::enable_shared_from_this 能让一个对象(假设其名为 t ,且已被一个 std::shared_ptr 对象 pt 管理)安全地生成其他额外的 std::shared_ptr 实例(假设名为 pt1, pt2, ... ) ,它们与 pt 共享对象 t 的所有权。

一.使用场合
当类A被share_ptr管理,且在类A的成员函数里需要把当前类对象作为参数传给其他函数时,就需要传递一个指向自身的share_ptr。

  1. 为何不直接传递this指针
    使用智能指针的初衷就是为了方便资源管理,如果在某些地方使用智能指针,某些地方使用原始指针,很容易破坏智能指针的语义,从而产生各种错误。

  2. 可以直接传递share_ptr<this>么?
    答案是不能,因为这样会造成2个非共享的share_ptr指向同一个对象,未增加引用计数导对象被析构两次。例如:

#include <memory>
#include <iostream>
 
class T
{
public:
    std::shared_ptr<T> getptr() {
        return std::shared_ptr<T>(this);
    }
    ~T() { std::cout << "T::~T() called" << std::endl; }
};
 
int main()
{
    // 错误的示例,每个shared_ptr都认为自己是对象仅有的所有者
    std::shared_ptr<T> bp1(new T());
    std::shared_ptr<T> bp2 = bp1->getptr();
    // 打印bp1和bp2的引用计数
    std::cout << "bp1.use_count() = " << bp1.use_count() << std::endl;
    std::cout << "bp2.use_count() = " << bp2.use_count() << std::endl;
}  // T 对象将会被删除两次导致程序奔溃

正确的实现如下:

#include <memory>
#include <iostream>
 
struct T : std::enable_shared_from_this<T> // 注意:继承
{
public:
    std::shared_ptr<T> getptr() {
        return shared_from_this();
    }
    ~T() { std::cout << "T::~T() called" << std::endl; }
};
 
int main()
{
    // 大括号用于限制作用域,这样智能指针就能在system("pause")之前析构
    {
        std::shared_ptr<T> gp1(new T());
        std::shared_ptr<T> gp2 = gp1->getptr();
        // 打印gp1和gp2的引用计数
        std::cout << "gp1.use_count() = " << gp1.use_count() << std::endl;
        std::cout << "gp2.use_count() = " << gp2.use_count() << std::endl;
    }
    //可以正确析构
    system("pause");
} 

二.为何会出现这种使用场合

   因为在异步调用中,存在一个保活机制,异步函数执行的时间点我们是无法确定的,然而异步函数可能会使用到异步调用之前就存在的变量。为了保证该变量在异步函数执期间一直有效,我们可以传递一个指向自身的share_ptr给异步函数,这样在异步函数执行期间share_ptr所管理的对象就不会析构,所使用的变量也会一直有效了(保活)。

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